JPH0927641A - 発光ダイオードアセンブリ - Google Patents
発光ダイオードアセンブリInfo
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- JPH0927641A JPH0927641A JP32245995A JP32245995A JPH0927641A JP H0927641 A JPH0927641 A JP H0927641A JP 32245995 A JP32245995 A JP 32245995A JP 32245995 A JP32245995 A JP 32245995A JP H0927641 A JPH0927641 A JP H0927641A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 発光ダイオードから発生する光を効率よく集
光させる。 【解決手段】 発生された光を増強するように発光ダイ
オードから発する光線を集束するレンズによって発光ダ
イオードを覆う。発光ダイオードを載せる基板の表面
は、ダイオードから発する光を反射し、かつ光を増大レ
ンズの方へ再指向するように反射膜で被覆される。
光させる。 【解決手段】 発生された光を増強するように発光ダイ
オードから発する光線を集束するレンズによって発光ダ
イオードを覆う。発光ダイオードを載せる基板の表面
は、ダイオードから発する光を反射し、かつ光を増大レ
ンズの方へ再指向するように反射膜で被覆される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオードに
関し、特に発光ダイオードからの高輝度出力を発生する
光学レンズ系に関する。
関し、特に発光ダイオードからの高輝度出力を発生する
光学レンズ系に関する。
【０００２】
【従来の技術】発光ダイオード（ＬＥＤ）は、何年間も
製造され、多くの目的のために使用されてきた。発光ダ
イオードは、多くの状況で特に役に立つ特性を有する。
発光ダイオードは、少量のエネルギーですみ、それゆえ
高価でない配線を使用できる。発光ダイオードは白熱電
球に比し非常に速く応答する。発光ダイオードは、他の
種類の照明ほどあまり簡単に損傷を受けない。さらに、
白熱電球のようないくつかの他の種類の照明は周知のよ
うに焼き切れるが、発光ダイオードは通常の使用におい
ては焼き切れない。さらに、発光ダイオードは、大部分
の他の種類の照明が必要とするよりもはるかに少ない空
間しか必要としない。
製造され、多くの目的のために使用されてきた。発光ダ
イオードは、多くの状況で特に役に立つ特性を有する。
発光ダイオードは、少量のエネルギーですみ、それゆえ
高価でない配線を使用できる。発光ダイオードは白熱電
球に比し非常に速く応答する。発光ダイオードは、他の
種類の照明ほどあまり簡単に損傷を受けない。さらに、
白熱電球のようないくつかの他の種類の照明は周知のよ
うに焼き切れるが、発光ダイオードは通常の使用におい
ては焼き切れない。さらに、発光ダイオードは、大部分
の他の種類の照明が必要とするよりもはるかに少ない空
間しか必要としない。
【０００３】発光ダイオードがまさに抱えている主要な
問題は、出力強度が他の種類の照明と比べて小さいこと
である。この理由のために、発光ダイオードは、周囲の
照明が弱められる状態で使用されることが多い。一般
に、発光ダイオードは、他の物体に対して照明を与える
ために使用されるのではなく、特定の状態が存在するこ
とを示すカラーを表示するためにのみ使用される。主要
な目的の一つは、いろいろな種類の表示を提供すること
にある。例えば、発光ダイオードは、計算器によって供
給されたディジタル出力の意味を明確にするために使用
されている。
問題は、出力強度が他の種類の照明と比べて小さいこと
である。この理由のために、発光ダイオードは、周囲の
照明が弱められる状態で使用されることが多い。一般
に、発光ダイオードは、他の物体に対して照明を与える
ために使用されるのではなく、特定の状態が存在するこ
とを示すカラーを表示するためにのみ使用される。主要
な目的の一つは、いろいろな種類の表示を提供すること
にある。例えば、発光ダイオードは、計算器によって供
給されたディジタル出力の意味を明確にするために使用
されている。
【０００４】低輝度出力ではあるが、発光ダイオード
は、他のより高価な種類の照明が現在使用されている多
数の目的に完全に適用することができる。これらの目的
を達成するのに十分な輝度を供給するためには多数の発
光ダイオードを集めればよい。しかし、多くのダイオー
ドを集めれば輝度を増加すことができるが、他の製品と
競争できないほど費用が増加する。最近、発光ダイオー
ドは、自動車用の中央に高く取り付けられた信号器（Ｃ
ＨＭＳＬ）を製造するために使用されている。直列に接
続された１５乃至２０の多数のこれらの発光ダイオード
のモジュールは、ある種類の尾灯の役割を果たし、かつ
ぴったりとついてくる運転手に警報を出すのに十分な一
連の光を供給する。しかしながら、これは、十分な輝度
を必要とする目的に対するこのようなダイオードの現在
の使用限界であるように思える。
は、他のより高価な種類の照明が現在使用されている多
数の目的に完全に適用することができる。これらの目的
を達成するのに十分な輝度を供給するためには多数の発
光ダイオードを集めればよい。しかし、多くのダイオー
ドを集めれば輝度を増加すことができるが、他の製品と
競争できないほど費用が増加する。最近、発光ダイオー
ドは、自動車用の中央に高く取り付けられた信号器（Ｃ
ＨＭＳＬ）を製造するために使用されている。直列に接
続された１５乃至２０の多数のこれらの発光ダイオード
のモジュールは、ある種類の尾灯の役割を果たし、かつ
ぴったりとついてくる運転手に警報を出すのに十分な一
連の光を供給する。しかしながら、これは、十分な輝度
を必要とする目的に対するこのようなダイオードの現在
の使用限界であるように思える。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】非常に大きな輝度が要
求されるものに対して現在制限されている状況でも発光
ダイオードの使用を可能にする新規の発光ダイオードア
センブリを提供することが望ましい。
求されるものに対して現在制限されている状況でも発光
ダイオードの使用を可能にする新規の発光ダイオードア
センブリを提供することが望ましい。
【０００６】本発明の目的は、発光ダイオードからの現
在使用可能な輝度よりも少なくとも大きい程度の輝度を
供給できる新規の発光ダイオードアセンブリを供給する
装置及び方法を提供することである。本発明の他の目的
は、他の非常に高価で、効率が悪く、かつ信頼性が少な
い種類の照明に現在制限されている状況で発光ダイオー
ドの使用を可能にするアセンブリを提供することであ
る。
在使用可能な輝度よりも少なくとも大きい程度の輝度を
供給できる新規の発光ダイオードアセンブリを供給する
装置及び方法を提供することである。本発明の他の目的
は、他の非常に高価で、効率が悪く、かつ信頼性が少な
い種類の照明に現在制限されている状況で発光ダイオー
ドの使用を可能にするアセンブリを提供することであ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のこれら及び他の
目的は、発生された光を増強するように発光ダイオード
から発する光線を集束するように形成されたレンズによ
って覆われている、平坦な材料の基板上に位置決めされ
た裸の発光ダイオードを利用するアセンブリで実現され
る。基板の表面は、ダイオードから基板の方へ放射した
光を増強レンズの方へ向けるように被覆されている。こ
のような発光ダイオードアセンブリは、人間の眼で認識
され場合、通常の発光ダイオードモジュールから発生さ
れた光のおよそ２５倍の強度の光を発生し、かつ他のも
っと高価で、信頼性の少ない種類の照明にこれまで制限
された多数の目的のために使用される光を発生すること
が分かった。本発明のこれら及び他の目的並びに特徴
は、後述する詳細な説明に関して同じ構成要素が幾つか
の図面の至る所で同じ名称で参照される図面とともにな
される参照によってより理解される。
目的は、発生された光を増強するように発光ダイオード
から発する光線を集束するように形成されたレンズによ
って覆われている、平坦な材料の基板上に位置決めされ
た裸の発光ダイオードを利用するアセンブリで実現され
る。基板の表面は、ダイオードから基板の方へ放射した
光を増強レンズの方へ向けるように被覆されている。こ
のような発光ダイオードアセンブリは、人間の眼で認識
され場合、通常の発光ダイオードモジュールから発生さ
れた光のおよそ２５倍の強度の光を発生し、かつ他のも
っと高価で、信頼性の少ない種類の照明にこれまで制限
された多数の目的のために使用される光を発生すること
が分かった。本発明のこれら及び他の目的並びに特徴
は、後述する詳細な説明に関して同じ構成要素が幾つか
の図面の至る所で同じ名称で参照される図面とともにな
される参照によってより理解される。
【０００８】
【発明の実施の形態】次に、図１を参照すると、一般に
従来技術で備えられている発光ダイオードダイオード１
０が示されている。アセンブリ１０は、発光ダイオード
が構成されている半導体材料のダイ１２を含んでいる。
このようなダイ１２の材料は、黄緑色光を発生するガリ
ウム燐、赤色光を発生するアルミニウムガリウム砒素、
黄色光を発生するインジウムアルミニウムガリウム燐、
両方が青色光を発生する炭化珪素又は窒化ガリウム、或
いは他の同様な公知の材料てあってもよい。ダイは、発
光ダイオード特性を発生する光を供給するように当業者
に周知なように大きなウエハの中に製造される。ウエハ
は多数の個別のダイに区分けされる。
従来技術で備えられている発光ダイオードダイオード１
０が示されている。アセンブリ１０は、発光ダイオード
が構成されている半導体材料のダイ１２を含んでいる。
このようなダイ１２の材料は、黄緑色光を発生するガリ
ウム燐、赤色光を発生するアルミニウムガリウム砒素、
黄色光を発生するインジウムアルミニウムガリウム燐、
両方が青色光を発生する炭化珪素又は窒化ガリウム、或
いは他の同様な公知の材料てあってもよい。ダイは、発
光ダイオード特性を発生する光を供給するように当業者
に周知なように大きなウエハの中に製造される。ウエハ
は多数の個別のダイに区分けされる。
【０００９】図１のダイ１２は、一般に、ダイオードに
よって発せられた光を出来るだけ多く集める際に助けに
なる金属放物面集束装置１３に取り付けられている。ダ
イ１２は、一般に、ダイオードのための陽極及び陰極の
結線を与えるためにその上部面及び下部面に金属ボンデ
ィングパッドを有する。ダイ１２の陰極ボンディングパ
ッドは、一般に金属集束装置１３の表面に接着される
が、ダイ１２の陽極ボンディングパッドは金属リードフ
レーム１５にワイヤ接着される。アセンブリ全体は、ど
の結線からも集束装置及びリードフレーム突起部まで透
明なエポキシ１７の中に包まれる。ダイオードを通って
順方向に電流を流すように金属リードフレーム１５と集
束装置１３の間に十分な電位（例えば、１．５〜２．５
Ｖ）を加えると、ダイオードから光が発生される。ダイ
オードからの光は、放物面集束装置１３によって集束さ
れ、一般にエポキシ覆い１７の上部から外へ直接経路に
向ける。
よって発せられた光を出来るだけ多く集める際に助けに
なる金属放物面集束装置１３に取り付けられている。ダ
イ１２は、一般に、ダイオードのための陽極及び陰極の
結線を与えるためにその上部面及び下部面に金属ボンデ
ィングパッドを有する。ダイ１２の陰極ボンディングパ
ッドは、一般に金属集束装置１３の表面に接着される
が、ダイ１２の陽極ボンディングパッドは金属リードフ
レーム１５にワイヤ接着される。アセンブリ全体は、ど
の結線からも集束装置及びリードフレーム突起部まで透
明なエポキシ１７の中に包まれる。ダイオードを通って
順方向に電流を流すように金属リードフレーム１５と集
束装置１３の間に十分な電位（例えば、１．５〜２．５
Ｖ）を加えると、ダイオードから光が発生される。ダイ
オードからの光は、放物面集束装置１３によって集束さ
れ、一般にエポキシ覆い１７の上部から外へ直接経路に
向ける。
【００１０】光集束装置１３がダイオードによって発生
された光を出来るだけ多く集めるように特に設計されて
いることは、注目されるべきである。しかしながら、装
置１３は不完全な集光装置である。すなわち、図１で示
される光線１８の経路から示されるように、この光のか
なりの部分はダイオード側面に失われる傾向がある。一
般に、発生された光量は、電子装置等のための指示灯と
して使用されるのに十分であるが、外部物体を照明する
ために使用されるのには十分でない。したがって、この
ようなアセンブリは室内表示のために使用される傾向が
ある。しかしながら、最近、直列に接続されたこれらの
アセンブリ群は、自動車の中央に高く取り付けられた信
号灯として使用された。光アセンブリ群は、比較的接近
して見られる場合には役に立つが、もっと極端な強い照
明が必要とされる場合には使用できない。
された光を出来るだけ多く集めるように特に設計されて
いることは、注目されるべきである。しかしながら、装
置１３は不完全な集光装置である。すなわち、図１で示
される光線１８の経路から示されるように、この光のか
なりの部分はダイオード側面に失われる傾向がある。一
般に、発生された光量は、電子装置等のための指示灯と
して使用されるのに十分であるが、外部物体を照明する
ために使用されるのには十分でない。したがって、この
ようなアセンブリは室内表示のために使用される傾向が
ある。しかしながら、最近、直列に接続されたこれらの
アセンブリ群は、自動車の中央に高く取り付けられた信
号灯として使用された。光アセンブリ群は、比較的接近
して見られる場合には役に立つが、もっと極端な強い照
明が必要とされる場合には使用できない。
【００１１】発光ダイオードの一つの最近の使用は、部
屋又は競技場のような比較的長い距離で見られる大型デ
ィスプレイのためのカラーピクセルを発生する装置であ
る。この目的に十分な輝度を与えるために、パッケージ
された多数の発光ダイオードがボードの裏面に駆動電子
回路を有するプリント回路板に取り付けられた管の中に
集められている。いくつかの場合では、多数の赤色光、
緑色光及び青色光のダイオードが一つの管にまとめられ
ている。各ダイオードには別個のアドレス指定手段が備
えられる。例えば、管に集められた４つの赤色光のダイ
オード、７つの緑色光のダイオード及び９つの青色光の
ダイオードは、同時に使用可能にされる３色の各々の輝
度に応じて多数の色のどれかを選択するために使用され
得る。集合させられたダイオードは陰極線管上の単一の
ピクセルに相当する。他方、各々が単一の色のダイオー
ド（赤色、緑色又は青色ダイオード）の集合を含んでい
る３つのこのような管が互いに隣接して位置決めされて
もよい。その場合、カラーのそれぞれのための個別のア
ドレス指定手段によって赤色、緑色及び青色の発光量を
選択することで、単一のピクセルを共に表す３つの管を
使って同様に個別の色の幅広い選択を行うことができ
る。複数の回路板に取り付けられた多数のこれらの個別
の管を使って、大型のピクセルディスプレイが製造され
得る。理解されるように、このようなディスプレイは非
常に高価である。しかしながら、このディスプレイは、
各ピクセルが異なるカラーの各々を３つの別個の陰極線
管で表示される競合ディスプレイよりも高価でない。
屋又は競技場のような比較的長い距離で見られる大型デ
ィスプレイのためのカラーピクセルを発生する装置であ
る。この目的に十分な輝度を与えるために、パッケージ
された多数の発光ダイオードがボードの裏面に駆動電子
回路を有するプリント回路板に取り付けられた管の中に
集められている。いくつかの場合では、多数の赤色光、
緑色光及び青色光のダイオードが一つの管にまとめられ
ている。各ダイオードには別個のアドレス指定手段が備
えられる。例えば、管に集められた４つの赤色光のダイ
オード、７つの緑色光のダイオード及び９つの青色光の
ダイオードは、同時に使用可能にされる３色の各々の輝
度に応じて多数の色のどれかを選択するために使用され
得る。集合させられたダイオードは陰極線管上の単一の
ピクセルに相当する。他方、各々が単一の色のダイオー
ド（赤色、緑色又は青色ダイオード）の集合を含んでい
る３つのこのような管が互いに隣接して位置決めされて
もよい。その場合、カラーのそれぞれのための個別のア
ドレス指定手段によって赤色、緑色及び青色の発光量を
選択することで、単一のピクセルを共に表す３つの管を
使って同様に個別の色の幅広い選択を行うことができ
る。複数の回路板に取り付けられた多数のこれらの個別
の管を使って、大型のピクセルディスプレイが製造され
得る。理解されるように、このようなディスプレイは非
常に高価である。しかしながら、このディスプレイは、
各ピクセルが異なるカラーの各々を３つの別個の陰極線
管で表示される競合ディスプレイよりも高価でない。
【００１２】図１に示されたアセンブリ１０のようなモ
ジュールダイオードアセンブリと共に集光レンズを使用
する試みがなされた。しかしながら、ダイオードからの
光のかなりの部分は、放物面形式の集束装置１３によっ
て平行光線へすでに集束されるのでさらに収束される光
線は非常に少ないのと、さらに、平行にされない光線は
エポキシ覆い１７の屈折動作によって発散していて集光
レンズによって適切に再集束されることができないこと
とによって、集光レンズは、これらのダイオードモジュ
ールに関してあまり役に立たなかった。すなわち、発生
された光の認識輝度の増加は比較的小さい。
ジュールダイオードアセンブリと共に集光レンズを使用
する試みがなされた。しかしながら、ダイオードからの
光のかなりの部分は、放物面形式の集束装置１３によっ
て平行光線へすでに集束されるのでさらに収束される光
線は非常に少ないのと、さらに、平行にされない光線は
エポキシ覆い１７の屈折動作によって発散していて集光
レンズによって適切に再集束されることができないこと
とによって、集光レンズは、これらのダイオードモジュ
ールに関してあまり役に立たなかった。すなわち、発生
された光の認識輝度の増加は比較的小さい。
【００１３】本発明は、非常に多数の発光ダイオードの
集合や、白熱電灯、陰極線管及び同様な発光源のような
非常に極端に強い発光源に対して以前に制限されていた
多数の状況で発光ダイオードが利用されることを可能に
するアセンブリを提供する。
集合や、白熱電灯、陰極線管及び同様な発光源のような
非常に極端に強い発光源に対して以前に制限されていた
多数の状況で発光ダイオードが利用されることを可能に
するアセンブリを提供する。
【００１４】本発明は、裸の発光ダイオード２１が基板
２２の本質的に平坦な表面２３の真ん中に取り付けられ
ている、図２に示される新規のアセンブリ２０を利用す
る。表面２３は、好ましくはダイオードの長さの約１０
倍である直径の錫又はニッケルのような反射導電材２４
によって円形パターンで被覆される。ダイオードは、反
射被覆の中心に置かれ、反射被覆上に取り付けられ、か
つ基板の表面の上の電極２５及び２６に接続され、集光
レンズ２７がダイオードの上側に逆さにされた茶碗を形
成するように中央に置かれている。裸のダイオード２１
からの光はダイオードから直接にあらゆる方向に分散さ
れる。レンズ２７は、非常に高い輝度出力を供給するよ
うにダイオード２１から及び反射面２４からの光を集光
するように形成されている。この構成による人間の眼に
よって認識される出力は、従来の典型的なアセンブリ構
成での発光ダイオードによる出力の強度のおよそ２５倍
である。
２２の本質的に平坦な表面２３の真ん中に取り付けられ
ている、図２に示される新規のアセンブリ２０を利用す
る。表面２３は、好ましくはダイオードの長さの約１０
倍である直径の錫又はニッケルのような反射導電材２４
によって円形パターンで被覆される。ダイオードは、反
射被覆の中心に置かれ、反射被覆上に取り付けられ、か
つ基板の表面の上の電極２５及び２６に接続され、集光
レンズ２７がダイオードの上側に逆さにされた茶碗を形
成するように中央に置かれている。裸のダイオード２１
からの光はダイオードから直接にあらゆる方向に分散さ
れる。レンズ２７は、非常に高い輝度出力を供給するよ
うにダイオード２１から及び反射面２４からの光を集光
するように形成されている。この構成による人間の眼に
よって認識される出力は、従来の典型的なアセンブリ構
成での発光ダイオードによる出力の強度のおよそ２５倍
である。
【００１５】この結果を生じるために、１９８２年７月
６日に発行されたポポビッチ他の発明の名称が「光学的
全反射による放射エネルギー集中（Ｒａｄｉａｎｔ Ｅ
ｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ Ｂｙ Ｏｐ
ｔｉｃａｌ Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌ
ｅｃｔｉｏｎ）」の米国特許第４，３３７，７５９号に
記載されたような集光レンズは優れた結果を提供するこ
とが確認された。しばしば全反射（ＴＩＲ）と呼ばれる
これらのレンズは外部の光源から目標物体の方へ光を向
けるように設計されているが、前記特許は本発明の方法
と同じように、目標源から光を外へ向けるようにレンズ
を利用をすることを記載している。封じされたダイオー
ドよりもむしろ、裸のダイオードを反射面の最上部に直
接配置したほうがレンズの集光特性はきわめて有用であ
ることが確認された。図１に示されるような、上方へ平
行にされた光とエポキシ覆いの屈折で拡散される光線を
発生する封止されたダイオードに比べると、裸のダイオ
ードからの光線はダイオードからあらゆる方向に伝播さ
れ、よってレンズ２７に集光され高輝度の光を発生する
ためである。
６日に発行されたポポビッチ他の発明の名称が「光学的
全反射による放射エネルギー集中（Ｒａｄｉａｎｔ Ｅ
ｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ Ｂｙ Ｏｐ
ｔｉｃａｌ Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌ
ｅｃｔｉｏｎ）」の米国特許第４，３３７，７５９号に
記載されたような集光レンズは優れた結果を提供するこ
とが確認された。しばしば全反射（ＴＩＲ）と呼ばれる
これらのレンズは外部の光源から目標物体の方へ光を向
けるように設計されているが、前記特許は本発明の方法
と同じように、目標源から光を外へ向けるようにレンズ
を利用をすることを記載している。封じされたダイオー
ドよりもむしろ、裸のダイオードを反射面の最上部に直
接配置したほうがレンズの集光特性はきわめて有用であ
ることが確認された。図１に示されるような、上方へ平
行にされた光とエポキシ覆いの屈折で拡散される光線を
発生する封止されたダイオードに比べると、裸のダイオ
ードからの光線はダイオードからあらゆる方向に伝播さ
れ、よってレンズ２７に集光され高輝度の光を発生する
ためである。
【００１６】レンズ２７は、光源から発する各光線に対
して反射面及び屈折面の両方を形成し、すべての光線の
経路が集中されるように設計されている。例えば、図２
の拡大された部分は、ダイオード２１からの２つの異な
る光線の経路を示している。見て分かるように、ダイオ
ード２１及び反射表面２４からの可能な様々な角度に対
して、第１のレンズ表面（ａ）はレンズ材に入るとき光
線の屈折が生じないように入射光線に対して直角に設け
られ、第２のレンズ表面（ｂ）はダイオードで生じる光
線を鏡面反射させて第３のレンズ表面（ｃ）を通ってま
っすぐ上方に向かうように形成され、その第３のレンズ
表面（ｃ）は光線の反射が生じないように入射光線に対
して直角に形成されている。これによって非常に強い平
行光を発生する。レンズ２７のダイオードの真上の領域
（ｄ）は、屈折だけで光線の経路を収束し、上方へ小さ
い角度で再指向させるフレネルレンズである。このよう
にレンズ２７を利用するために、ダイオード２１はレン
ズ２７に対して非常に正確に位置決めされねばならない
ことが理解される。
して反射面及び屈折面の両方を形成し、すべての光線の
経路が集中されるように設計されている。例えば、図２
の拡大された部分は、ダイオード２１からの２つの異な
る光線の経路を示している。見て分かるように、ダイオ
ード２１及び反射表面２４からの可能な様々な角度に対
して、第１のレンズ表面（ａ）はレンズ材に入るとき光
線の屈折が生じないように入射光線に対して直角に設け
られ、第２のレンズ表面（ｂ）はダイオードで生じる光
線を鏡面反射させて第３のレンズ表面（ｃ）を通ってま
っすぐ上方に向かうように形成され、その第３のレンズ
表面（ｃ）は光線の反射が生じないように入射光線に対
して直角に形成されている。これによって非常に強い平
行光を発生する。レンズ２７のダイオードの真上の領域
（ｄ）は、屈折だけで光線の経路を収束し、上方へ小さ
い角度で再指向させるフレネルレンズである。このよう
にレンズ２７を利用するために、ダイオード２１はレン
ズ２７に対して非常に正確に位置決めされねばならない
ことが理解される。
【００１７】レンズ２７の内部反射面又は内部屈折面の
角度を変えることによって、異なる分散角度が実現され
る。このようにして、非常に多数のダイオードでうるこ
とができるきわめて強い平行光が単一のダイオードによ
って発生される。他方、ダイオードは、用いられるべき
目的にかなうような選択された角度の分散ビームを発生
するようにしてもよい。
角度を変えることによって、異なる分散角度が実現され
る。このようにして、非常に多数のダイオードでうるこ
とができるきわめて強い平行光が単一のダイオードによ
って発生される。他方、ダイオードは、用いられるべき
目的にかなうような選択された角度の分散ビームを発生
するようにしてもよい。
【００１８】レンズアセンブリによって発生されたビー
ムを分散する好ましい方法は、選択されたパターンで光
を分散するように設計された図５に示されるようなレン
ズ２７の射出面に取り付けられたホログラフィー・ディ
フィーザー又はプリズムレンズ２８のような拡散面を利
用する。このようなレンズは、容易に制御可能な分散角
を発生し、例えば、図２に示されるような射出面に取っ
て代わるようにレンズ２７の水平上部面として容易に製
造される。光がＴＩＲレンズ２７の内部面によって一旦
平行にされ、レンズ２８で所望のように分散される。こ
れによって、光が所望の輝度となるように集光され、選
択された角度に分散される。一旦、光が平行にされる
と、サンドブラストで磨かれた表面のような分散面は通
常の発光ダイオードモジュールよりも非常に大きい光の
強度を発生する。
ムを分散する好ましい方法は、選択されたパターンで光
を分散するように設計された図５に示されるようなレン
ズ２７の射出面に取り付けられたホログラフィー・ディ
フィーザー又はプリズムレンズ２８のような拡散面を利
用する。このようなレンズは、容易に制御可能な分散角
を発生し、例えば、図２に示されるような射出面に取っ
て代わるようにレンズ２７の水平上部面として容易に製
造される。光がＴＩＲレンズ２７の内部面によって一旦
平行にされ、レンズ２８で所望のように分散される。こ
れによって、光が所望の輝度となるように集光され、選
択された角度に分散される。一旦、光が平行にされる
と、サンドブラストで磨かれた表面のような分散面は通
常の発光ダイオードモジュールよりも非常に大きい光の
強度を発生する。
【００１９】図３は本発明の他の装置３０である。この
装置３０では、複数の発光ダイオードが単一の基板上に
配列される。発光ダイオード３１の各々は、それの上に
配置された別個の集光レンズ３７を有する。この発光ダ
イオードの配置によって、非常に強烈に強い出力がアセ
ンブリによって発生されることを可能にした。このよう
な発光ダイオードは、同一の着色された赤色ダイオード
を使用するアセンブリで使用されることが便利であり、
例えば自動車の主要尾灯としての機能を果たし得る。こ
れらのアセンブリは、白熱電灯アセンブリよりも非常に
軽く、ずっと頑丈で、より少ないエネルギーですみ、制
動に非常に速く応答し、より明るい出力を発生する。こ
れらのアセンブリを製造するために使用される部品はあ
まり高価でない。プラスティックレンズは、形は集光レ
ンズを製造するように容易に成型され、実際は、尾灯ア
センブリ又はダッシュボードの情報部の表面に成型され
得る。
装置３０では、複数の発光ダイオードが単一の基板上に
配列される。発光ダイオード３１の各々は、それの上に
配置された別個の集光レンズ３７を有する。この発光ダ
イオードの配置によって、非常に強烈に強い出力がアセ
ンブリによって発生されることを可能にした。このよう
な発光ダイオードは、同一の着色された赤色ダイオード
を使用するアセンブリで使用されることが便利であり、
例えば自動車の主要尾灯としての機能を果たし得る。こ
れらのアセンブリは、白熱電灯アセンブリよりも非常に
軽く、ずっと頑丈で、より少ないエネルギーですみ、制
動に非常に速く応答し、より明るい出力を発生する。こ
れらのアセンブリを製造するために使用される部品はあ
まり高価でない。プラスティックレンズは、形は集光レ
ンズを製造するように容易に成型され、実際は、尾灯ア
センブリ又はダッシュボードの情報部の表面に成型され
得る。
【００２０】図４は、本発明による発光ダイオードのア
センブリ４０の他の例を示す。アセンブリ４０は複数の
異なる色の発光ダイオードを含んでいる。例えば、赤色
ダイオード４２、緑色ダイオード４３及び青色ダイオー
ド４４は、右上部に拡大図で示されるようなそれ自身の
別個のレンズを有する各ダイオードに対して上述される
ように基板４５上に配列される。他方、３つの着色ダイ
オードは、図４の右下部に拡大図で示されるような単一
のレンズの下に配列されてもよい。ダイオード４２〜４
４の陰極が共にある電位に接続され、ダイオードの内の
選択された一つに他の電位がスイッチされるように陽極
が切り離されていれば、所望のカラー出力がアセンブリ
から発生される。従来周知のタイプの別個のアドレス指
定回路４６及び４７がダイオード４２〜４４に接続され
ている。アセンブリ４５は、陰極線管における単一のピ
クセルの出力と非常に似た出力を発生するように製造さ
れてもよい。同じアセンブリを一緒に配置することによ
って、現状ではインチ毎に１〜１０ラインを表示するこ
とができるカラーディスプレイが製造され得る。これ
は、部屋又は競技場でのような離れた位置で見られるよ
うなカラーテレビジョン又はコンピュータディスプレイ
と非常に似たカラーディスプレイを製造するために特に
有用である。このようなディスプレイは、実際は、それ
が野球場で使用されるディスプレイのようなディスプレ
イを都合よく安価に製造するのに十分な輝度を発生す
る。
センブリ４０の他の例を示す。アセンブリ４０は複数の
異なる色の発光ダイオードを含んでいる。例えば、赤色
ダイオード４２、緑色ダイオード４３及び青色ダイオー
ド４４は、右上部に拡大図で示されるようなそれ自身の
別個のレンズを有する各ダイオードに対して上述される
ように基板４５上に配列される。他方、３つの着色ダイ
オードは、図４の右下部に拡大図で示されるような単一
のレンズの下に配列されてもよい。ダイオード４２〜４
４の陰極が共にある電位に接続され、ダイオードの内の
選択された一つに他の電位がスイッチされるように陽極
が切り離されていれば、所望のカラー出力がアセンブリ
から発生される。従来周知のタイプの別個のアドレス指
定回路４６及び４７がダイオード４２〜４４に接続され
ている。アセンブリ４５は、陰極線管における単一のピ
クセルの出力と非常に似た出力を発生するように製造さ
れてもよい。同じアセンブリを一緒に配置することによ
って、現状ではインチ毎に１〜１０ラインを表示するこ
とができるカラーディスプレイが製造され得る。これ
は、部屋又は競技場でのような離れた位置で見られるよ
うなカラーテレビジョン又はコンピュータディスプレイ
と非常に似たカラーディスプレイを製造するために特に
有用である。このようなディスプレイは、実際は、それ
が野球場で使用されるディスプレイのようなディスプレ
イを都合よく安価に製造するのに十分な輝度を発生す
る。
【００２１】図６は、供給された光の輝度を見かけ上増
強するために本発明により設計されたレンズアセンブリ
に取り付けるための装置を示す。ダイオードレンズアセ
ンブリ２７が日光又は高い周囲光状態を含む他の環境で
利用されたとき、周囲光から実際のダイオードアセンブ
リを遮蔽し、アセンブリによって発生された光とその隣
接した環境との間のコントラストを高めるように適合さ
れたフード６０と共に配置される。単一のダイオードア
センブリ又はアレイ又は同様なパターンの複数のダイオ
ードがそのように取り付けられてもよい。
強するために本発明により設計されたレンズアセンブリ
に取り付けるための装置を示す。ダイオードレンズアセ
ンブリ２７が日光又は高い周囲光状態を含む他の環境で
利用されたとき、周囲光から実際のダイオードアセンブ
リを遮蔽し、アセンブリによって発生された光とその隣
接した環境との間のコントラストを高めるように適合さ
れたフード６０と共に配置される。単一のダイオードア
センブリ又はアレイ又は同様なパターンの複数のダイオ
ードがそのように取り付けられてもよい。
【００２２】本発明によるディスプレイを製造するため
に、下記の工程が続いて行われてもよい。最初に、製造
される発光ダイオードのための適当なカラーの適当な数
のダイが選択され、各ダイの最上部及び最下部に通常ボ
ンディングパッドを接着させる。次に、プリント配線板
のような基板は、各ダイの陽極及び陰極の端子に行われ
る結線の種類に適した適当な金属トレース（通常、ニッ
ケルメッキ銅）と共に準備される。もしダイが直列に接
続されるべきであるならば、陰極及び陽極端子の各々が
個別の導電トレースに別々に接続されねばならない。も
しダイが並列に接続されるべきであるならば、（ダイオ
ード設計に応じて陽極）又は陰極端子の全ては単一の導
体に接合される。このような場合、反射面は、実際はこ
のような導体を形成する。次に、円形の反射領域を形成
する被覆は、ダイオードのそれぞれに対して反射面とな
るために適当な寸法で基板上にメッキされるか又は蒸着
される。複数のダイオードが単一の基板上に組み立てら
れるべきである場合、個別の反射被覆は円形である必要
がなく、むしろ反射被覆は全表面の大部分を覆い得る。
次に、ダイは、配置機によって個別に選択され、基板上
に位置決めされる。その場合、ダイがそれの各々の下部
ボンディング端子で基板に接着される。次に、上部端子
は、結線を完了するために適当な導体に接着される。最
後に、レンズがダイオードの上の所定の位置に配置され
る。いくつかの場合、実際は、接着ダイを有する基板が
レンズに対して正しい位置に配置される。最終的に、ダ
イオードの陰極及び陽極に接合する導体に適当な電気結
線がなされ、使用するのに必要ならば、アドレス指定回
路が備えられ、アセンブリは従来周知なように回路に配
置される。
に、下記の工程が続いて行われてもよい。最初に、製造
される発光ダイオードのための適当なカラーの適当な数
のダイが選択され、各ダイの最上部及び最下部に通常ボ
ンディングパッドを接着させる。次に、プリント配線板
のような基板は、各ダイの陽極及び陰極の端子に行われ
る結線の種類に適した適当な金属トレース（通常、ニッ
ケルメッキ銅）と共に準備される。もしダイが直列に接
続されるべきであるならば、陰極及び陽極端子の各々が
個別の導電トレースに別々に接続されねばならない。も
しダイが並列に接続されるべきであるならば、（ダイオ
ード設計に応じて陽極）又は陰極端子の全ては単一の導
体に接合される。このような場合、反射面は、実際はこ
のような導体を形成する。次に、円形の反射領域を形成
する被覆は、ダイオードのそれぞれに対して反射面とな
るために適当な寸法で基板上にメッキされるか又は蒸着
される。複数のダイオードが単一の基板上に組み立てら
れるべきである場合、個別の反射被覆は円形である必要
がなく、むしろ反射被覆は全表面の大部分を覆い得る。
次に、ダイは、配置機によって個別に選択され、基板上
に位置決めされる。その場合、ダイがそれの各々の下部
ボンディング端子で基板に接着される。次に、上部端子
は、結線を完了するために適当な導体に接着される。最
後に、レンズがダイオードの上の所定の位置に配置され
る。いくつかの場合、実際は、接着ダイを有する基板が
レンズに対して正しい位置に配置される。最終的に、ダ
イオードの陰極及び陽極に接合する導体に適当な電気結
線がなされ、使用するのに必要ならば、アドレス指定回
路が備えられ、アセンブリは従来周知なように回路に配
置される。
【００２３】大きな表面がのアセンブリの反射面を形成
する一つの技術は、ホットエアレベリングと呼ばれる技
術によるものである。この技術は、周知であり、一般に
プリント配線板に錫／鉛はんだの薄い被膜を塗るために
使用される。このような技術は、本発明で利用され得る
非常に精確な反射被膜層を形成することができる。この
工程の詳述は、１９９０年１０月７日〜１２日に発表さ
れ、かつイリノイ州リンカーンウッド市の「Ｉｎｓｔｉ
ｔｕｔｅ ｆｏｒ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ
ａｎｄ Ｐａｃｋａｇｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
Ｃｉｒｃｕｉｔｓ」によって出版された技術論文「熱風
レベリング−表面取り付けパッド及びアセンブリ工程
（Ｈｏｔ Ａｉｒ Ｌｅｖｅｌｉｎｇ−Ｓｕｒｆａｃｅ
Ｍｏｕｎｔ Ｐａｄｓ ａｎｄ Ａｓｓｅｍｂｌｙ
Ｐｒｏｃｅｓｓ）」ＩＰＣ−ＴＰ−９２８，Ｇｏｏｄｅ
ｌｌ ａｎｄ Ｂａｎｋｓによってなされる。
する一つの技術は、ホットエアレベリングと呼ばれる技
術によるものである。この技術は、周知であり、一般に
プリント配線板に錫／鉛はんだの薄い被膜を塗るために
使用される。このような技術は、本発明で利用され得る
非常に精確な反射被膜層を形成することができる。この
工程の詳述は、１９９０年１０月７日〜１２日に発表さ
れ、かつイリノイ州リンカーンウッド市の「Ｉｎｓｔｉ
ｔｕｔｅ ｆｏｒ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ
ａｎｄ Ｐａｃｋａｇｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
Ｃｉｒｃｕｉｔｓ」によって出版された技術論文「熱風
レベリング−表面取り付けパッド及びアセンブリ工程
（Ｈｏｔ Ａｉｒ Ｌｅｖｅｌｉｎｇ−Ｓｕｒｆａｃｅ
Ｍｏｕｎｔ Ｐａｄｓ ａｎｄ Ａｓｓｅｍｂｌｙ
Ｐｒｏｃｅｓｓ）」ＩＰＣ−ＴＰ−９２８，Ｇｏｏｄｅ
ｌｌ ａｎｄ Ｂａｎｋｓによってなされる。
【００２４】要するに、工程は、粗清浄ステップ、予熱
ステップ、フラックスステップ、はんだステップ、エア
ナイフステップ、冷却ステップ及び後清浄ステップを含
んでいる。粗清浄ステップは、本来１ミクロンの銅を除
去し、かつ有機汚染物質がはんだ付けに対して十分減少
されることを確実にするためにマイクロエッチング、水
洗い及び熱風乾燥サブステップを使用する。予熱ステッ
プは、一般にボード面の所で１３０〜１６０℃の典型的
な出口温度で基板の最上部及び最下部に赤外予熱を加え
る。フラックスは、典型的なはんだレベリングフラック
スを有する浸水上部及び下部ナップローラを使用して加
えられる。この工程は、水平又は垂直はんだ付けステッ
プのいずれかによって実行され得る。水平はんだ付け部
は約２６０℃で共晶Ｓｎ／Ｐｂはんだを含んでいる。フ
ラックスに融和するグリコールオイルは、はんだ上のド
ロス形成を制限するために使用される。ボードは、それ
が２秒のドエル時間の間さらされるようにテーパローラ
によってはんだを通して推進される。ボードがはんだか
ら出現すると、ボードは、直ちに高温で熱風ナイフにさ
らされる。空気ナイフは、垂直からおおよそ１°でかつ
０．２５ｍｍだけオフセットされてボードの最上部及び
最下部に取り付けられ、２００℃と２２０℃との間の温
度で空気を供給する。空気ナイフーボード離隔距離は一
般に０．３８〜０．７６ｍｍである。冷却ステップはエ
アベッド及びマフィンファンユニットを使用する。後清
浄ステップは、洗剤水洗、高圧温水すすぎ及び熱風乾燥
を含んでいるサブステップを利用する。
ステップ、フラックスステップ、はんだステップ、エア
ナイフステップ、冷却ステップ及び後清浄ステップを含
んでいる。粗清浄ステップは、本来１ミクロンの銅を除
去し、かつ有機汚染物質がはんだ付けに対して十分減少
されることを確実にするためにマイクロエッチング、水
洗い及び熱風乾燥サブステップを使用する。予熱ステッ
プは、一般にボード面の所で１３０〜１６０℃の典型的
な出口温度で基板の最上部及び最下部に赤外予熱を加え
る。フラックスは、典型的なはんだレベリングフラック
スを有する浸水上部及び下部ナップローラを使用して加
えられる。この工程は、水平又は垂直はんだ付けステッ
プのいずれかによって実行され得る。水平はんだ付け部
は約２６０℃で共晶Ｓｎ／Ｐｂはんだを含んでいる。フ
ラックスに融和するグリコールオイルは、はんだ上のド
ロス形成を制限するために使用される。ボードは、それ
が２秒のドエル時間の間さらされるようにテーパローラ
によってはんだを通して推進される。ボードがはんだか
ら出現すると、ボードは、直ちに高温で熱風ナイフにさ
らされる。空気ナイフは、垂直からおおよそ１°でかつ
０．２５ｍｍだけオフセットされてボードの最上部及び
最下部に取り付けられ、２００℃と２２０℃との間の温
度で空気を供給する。空気ナイフーボード離隔距離は一
般に０．３８〜０．７６ｍｍである。冷却ステップはエ
アベッド及びマフィンファンユニットを使用する。後清
浄ステップは、洗剤水洗、高圧温水すすぎ及び熱風乾燥
を含んでいるサブステップを利用する。
【００２５】本発明は好ましい実施形態に関して記載し
たけれども、いろいろな修正及び変更は、本発明の精神
及び範囲から逸脱しないで当業者によってなされること
が理解される。したがって、本発明は添付の特許請求の
範囲に関して判断されるべきである。
たけれども、いろいろな修正及び変更は、本発明の精神
及び範囲から逸脱しないで当業者によってなされること
が理解される。したがって、本発明は添付の特許請求の
範囲に関して判断されるべきである。
【図１】 従来技術に従って設計された発光ダイオード
アセンブリのブロック図である。
アセンブリのブロック図である。
【図２】 本発明に従って設計された実施形態の発光ダ
イオードアセンブリである。
イオードアセンブリである。
【図３】 本発明に従って設計された他の実施形態の発
光ダイオードアセンブリである。
光ダイオードアセンブリである。
【図４】 本発明に従って設計されたさらに他の実施形
態の発光ダイオードアセンブリである。
態の発光ダイオードアセンブリである。
【図５】 本発明に従って設計されたさらに他の実施形
態の発光ダイオードアセンブリである。
態の発光ダイオードアセンブリである。
【図６】 本発明に従って設計されたレンズアセンブリ
を取り付けるための装置を示す。
を取り付けるための装置を示す。
２０ アセンブリ ２１ 発光ダイオード ２２ 基板 ２３ 表面 ２４ 反射導電材 ２５ 電極 ２６ 電極 ２７ 集光レンズ
Claims (4)
- 【請求項１】 発光ダイオードから光を供給するアセン
ブリにおいて、 平坦な材料の基板と、 前記基板上に配置された第１及び第２の導体と、 前記基板の表面上に位置決めされ、かつ前記導体に接合
された裸の発光ダイオードと、 前記ダイオードが位置決めされた基板の表面に設けられ
ている反射面と、 前記ダイオードで発生された前記光及び前記面で反射さ
れた前記光を増強するように前記発光ダイオードから発
する前記光を集束する前記ダイオードの上に位置決めさ
れた全反射（ＴＩＲ）レンズとを備えていることを特徴
とするアセンブリ。 - 【請求項２】 前記ＴＩＲレンズからの光のコントラス
トを増加するように前記アセンブリを周囲領域から遮蔽
する前記アセンブリの上に配置されたフードをさらに備
えていることを特徴とする請求項１記載のアセンブリ。 - 【請求項３】 発光ダイオードから光を供給するアセン
ブリにおいて、 平坦な表面を有する基板と、 発光ダイオードへ及び発光ダイオードから電流を流す前
記基板上に配置された導体と、 前記基板の平坦な表面上に位置決めされ、かつ前記導体
に接合された裸の発光ダイオードと、 前記ダイオードの真下及びそこから延びる前記基板の平
坦な表面上の反射被覆と、 前記ダイオードで発生された光及び前記表面で反射され
た光を増強するようにそれらの光を集束するために前記
ダイオードの上に位置決めされた集光レンズとを備えて
いることを特徴とするアセンブリ。 - 【請求項４】 さらに、 前記基板の平坦な表面上に位置決めされ、かつ前記導体
に接合された複数の裸の発光ダイオードと、 前記ダイオードの上に位置決めされた複数の集光レンズ
とを備えていることを特徴とする請求項３記載のアセン
ブリ。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| US34100694A | 1994-11-17 | 1994-11-17 | |
| US08/341006 | 1994-11-17 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0927641A true JPH0927641A (ja) | 1997-01-28 |
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ID=23335880
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP32245995A Pending JPH0927641A (ja) | 1994-11-17 | 1995-11-17 | 発光ダイオードアセンブリ |
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| JP (1) | JPH0927641A (ja) |
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- 1995-11-17 JP JP32245995A patent/JPH0927641A/ja active Pending
- 1995-11-23 TW TW084112491A patent/TW295731B/zh not_active IP Right Cessation
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